Medindo a aprendizagem estatística entre modalidades e domínios em crianças em idade escolar através de uma plataforma online e técnicas de neuroimagem

A aprendizagem estatística é uma habilidade elementar que apoia a aquisição de combinações regidas por regras nos insumos linguísticos¹. A capacidade de aprendizagem estatística bem sucedida em bebês prevê o sucesso do aprendizado de línguas posterior^2,,3. A variabilidade nas habilidades de aprendizagem estatística em crianças em idade escolar também tem sido associada ao vocabulário⁴ e à leitura^5,6. A dificuldade na aprendizagem estatística tem sido proposta como um mecanismo etiológico subjacente ao comprometimento da linguagem⁷. Apesar da associação entre aprendizagem estatística e desfechos linguísticos em populações neurotípicas e atípicas, os mecanismos cognitivos e neurais subjacentes à aprendizagem estatística permanecem mal compreendidos. Além disso, a literatura anterior revelou que, dentro de um indivíduo, a capacidade de aprendizagem estatística não é uniforme, mas independente entre domínios e modalidades^6,,8,,9. A trajetória de desenvolvimento das habilidades de aprendizagem estatística pode variar ainda mais entre domínios e modalidades¹⁰. Esses achados enfatizam a importância de avaliar diferenças individuais na aprendizagem estatística em múltiplas tarefas ao longo do desenvolvimento. No entanto, o campo primeiro requer uma investigação mais sistemática da relação entre aprendizagem estatística e desenvolvimento de primeira língua. Para abordar essas questões, aplicamos métodos inovadores, incluindo uma plataforma de testes baseada na Web¹¹ que atinge um grande número de crianças, e técnicas de neuroimagem baseadas em laboratório (ressonância magnética funcional, ou ressonância magnética) que examinam a codificação em tempo real de informações estatísticas.

As medidas padrão de aprendizagem estatística começam com uma fase de familiarização e são seguidas por uma tarefa de escolha forçada duas alternativas (2-AFC)^12,13. A fase de familiarização introduz um fluxo contínuo de estímulos incorporados com regularidades estatísticas, onde alguns estímulos são mais propensos a co-ocorrer do que outros. A apresentação desses estímulos coincideis segue uma ordem temporal fixa. Os participantes são passivamente expostos ao fluxo durante a fase de familiarização, seguidos de uma tarefa 2-AFC que testa se o participante extraía com sucesso os padrões. A tarefa de precisão 2-AFC apresenta duas sequências consecutivas: uma sequência foi apresentada ao participante durante a fase de familiarização, enquanto a outra é uma sequência nova, ou contém parte da sequência. A precisão acima do acaso no 2-AFC indicaria um aprendizado bem-sucedido no nível do grupo. As tarefas comportamentais tradicionais que avaliam o aprendizado estatístico geralmente dependem da precisão como medida de resultado da aprendizagem. No entanto, a precisão não leva em conta o aprendizado natural da informação à medida que se desenrola no tempo. Uma medida de aprendizagem em tempo real é necessária para aproveitar o processo de aprendizagem implícita da aprendizagem estatística durante o qual as crianças ainda estão codificando as regularidades dos insumos^14,,15,,16. Várias adaptações entre paradigmas foram desenvolvidas em um esforço para se afastar da medida 2-AFC, em direção a medidas de aprendizagem on-line através de respostas comportamentais durante a exposição¹⁶. Estudos que utilizam essas adaptações que medem o tempo de reação durante a fase de exposição descobriram que estavam relacionados à precisão pós-aprendizagem¹⁷ com melhor confiabilidade de teste-reteste em comparação com a precisão em alunos adultos¹⁸.

As medidas neurais também são fundamentais para nossa compreensão de como a aprendizagem se desenrola ao longo do tempo, como o processo implícito pelo qual o aprendizado da língua ocorre provavelmente recruta diferentes recursos neurais daqueles usados uma vez que a linguagem é aprendida¹⁹. As medidas neurais também fornecem insights sobre diferenças nas especializações cognitivas subjacentes à capacidade linguística em populações especiais²⁰. Como o contraste da condição é projetado em um estudo de ressonância magnética é crucial para a forma como interpretamos padrões de ativação neural durante o aprendizado. Uma prática comum é comparar as respostas cerebrais durante a fase de familiarização entre sequências contendo padrões regulares versus aquelas que contêm os mesmos estímulos que são ordenados aleatoriamente. No entanto, pesquisas anteriores que implementavam tal condição de controle aleatório não encontraram evidências para aprender no comportamento, apesar das diferenças neurais entre sequências estruturadas e aleatórias. Isso pode ser devido à interferência de sequências aleatórias no aprendizado de sequências estruturadas, pois ambas foram construídas a partir dos mesmos estímulos^21,22. Outros estudos de ressonância magnética que utilizaram a fala retrógrada ou blocos de aprendizagem anteriores como condição de controle confirmaram que a aprendizagem ocorreu comportamentalmente^19,23. No entanto, cada um desses paradigmas introduziu seu próprio fator de confusão, como o efeito do processamento da linguagem para o primeiro caso e o efeito da ordem experimental para este último caso. Nosso paradigma usa a sequência aleatória como condição de controle, mas mitiga sua interferência no aprendizado dos participantes sobre as sequências estruturadas. Nosso paradigma fMRI também implementa um design misto relacionado a blocos/eventos, que permite a modelagem simultânea de sinais BOLD relacionados a testes transitórios e sustentados relacionados à tarefa²⁴. Por fim, e de forma mais ampla, as medidas neurais permitem a medição da aprendizagem em populações onde a obtenção de uma resposta comportamental explícita pode ser difícil (por exemplo, populações desenvolvimentísticas e especiais)²⁵.

O protocolo atual adota uma medida de tempo de resposta, além das medidas tradicionais de precisão, e examina a ativação cerebral durante a fase de familiarização. A combinação desses métodos visa fornecer um rico conjunto de dados para a investigação de processos de aprendizagem em tempo real. A plataforma baseada na Web oferece um conjunto de medidas de aprendizagem, incluindo o tempo de resposta durante a fase de exposição e a precisão da tarefa 2-AFC durante a fase de teste. O protocolo de neuroimagem permite a investigação dos mecanismos neurais subjacentes que suportam o aprendizado estatístico entre domínios e modalidades. Embora seja ideal medir o aprendizado estatístico dentro de um indivíduo usando os protocolos baseados na web e no FMRI, as tarefas são projetadas para que possam ser disseminadas de forma independente e, portanto, como duas medidas independentes de aprendizagem estatística. Os experimentos de ressonância magnética incluídos no protocolo atual podem ajudar a esclarecer como a codificação de estímulos, a extração de padrões e outros componentes constituintes da aprendizagem estatística são representados por regiões e redes cerebrais particulares.